CN104765380B - 光点指示机器人及其光点指示方法 - Google Patents

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Abstract

一种光点指示机器人及其光点指示方法，该光点指示机器人包括机器人本体，本体上设有控制模块、摄像模块和激光指示模块，激光指示模块发射激光光束，摄像模块拍摄待指示物体形成图像平面，激光光束和待指示物体分别投影在所述图像平面上，形成激光点投影位置和待指示物体投影位置，光点指示机器人还设有信号输入模块，根据摄像模块拍摄到的待指示物体的图像平面所显示的内容，通过信号输入模块输入信息确定待指示物体中的目标物体，控制模块控制激光指示模块移动，使图像平面上激光点投影位置与目标物体投影位置重合。本发明将目标物体三维空间的定位转化到二维空间，计算量小，指示位置快速准确。

Description

光点指示机器人及其光点指示方法
技术领域
本发明涉及一种光点指示机器人及其光点指示方法，属于家用小电器制造技术领域。
背景技术
导购机器人是常用的多种自移动机器人中的一种，与使用者的互动性强。现有的导购机器人通常采用的光点指示物体，一般是通过设置在机体上的激光笔将激光点打到指定物体上，从而完成光点指示物体的导购动作。具体过程包括：光点指示物体导购机器人首先需要获取目标物体的三维坐标，然后控制单元根据所获得的三维坐标控制激光笔运动，使激光点移动到目标物体的三维坐标处，即可完成导购机器人光点指示物体的完整动作。然而，目标物体的三维坐标实际上时很不容易获取的；另外，根据目标物体的三维坐标控制激光笔沿一定的方向转动一定的角度，使激光点移动到指定位置，整个动作的控制过程计算量较大，且对控制单元的要求也比较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种光点指示机器人及其光点指示方法，本发明将目标物体三维空间的定位转化到二维空间，计算量小，指示位置快速准确。
本发明的所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种光点指示机器人，包括机器人本体，所述本体上设有控制模块、摄像模块和激光指示模块，所述激光指示模块发射激光光束，摄像模块拍摄待指示物体形成图像平面，所述激光光束和待指示物体分别投影在所述图像平面上，形成激光点投影位置和待指示物体投影位置，所述光点指示机器人还设有信号输入模块，根据摄像模块拍摄到的待指示物体的图像平面所显示的内容，通过所述信号输入模块输入信息确定待指示物体中的目标物体，所述控制模块控制激光指示模块移动，使所述图像平面上激光点投影位置与目标物体投影位置重合。
根据使用者的不同需求，所述信号输入模块可以采用多种结构，可以为鼠标模块或触摸屏模块，通过鼠标或触摸屏点击确定待指示物体中的目标物体；也可以为键盘模块或音频输入模块，所述图像平面划分为具有具体位置编码的单元格，通过键盘或音频输入目标物体所在单元格的编码信息，确定待指示物体中的目标物体。
更具体地，所述激光指示模块包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第一电机和第二电机，所述第二电机固设在所述第一电机的输出轴上，所述第一电机与第二电机输出轴相互垂直共面设置；所述激光笔包括固定端与自由端，固定端以第一电机与第二电机输出轴交点为固定点固设在所述第二电机输出轴上，自由端以固定端为中心摆动，所述激光笔的摆动平面与所述第二电机输出轴相互垂直。
为了保证激光指示模块的正常工作，所述第一电机输出轴与所述图像平面垂直。
除了上述的驱动方式之外，所述激光指示模块还可以包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第三电机和第四电机，所述第三电机和第四电机分别驱动所述激光笔沿相互垂直的方向摆动。
所述光点指示机器人为导购机器人或指路机器人。
本发明还提供一种光点指示机器人的光点指示方法，该光点指示机器人包括摄像模块、激光指示模块和信号输入模块，所述光点指示方法包括如下步骤：
步骤1：激光指示模块发射激光光束，摄像模块拍摄待指示物体形成图像平面，所述图像平面上设有相互垂直的X轴和Y轴；
步骤2：根据摄像模块拍摄到的待指示物体的图像平面所显示的内容，通过信号输入模块输入信息确定待指示物体中的目标物体，获取位于图像平面上的目标物体投影位置Q’；
步骤3：移动激光指示模块，使图像平面上激光点实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合。
其中，所述激光指示模块包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第一电机和第二电机，所述第二电机固设在所述第一电机的输出轴上，所述第一电机与第二电机输出轴相互垂直共面设置；所述激光笔包括固定端与自由端，固定端以第一电机与第二电机输出轴交点为固定点固设在所述第二电机输出轴上，自由端以固定端为中心摆动，所述激光笔的摆动平面与所述第二电机输出轴相互垂直；
设当激光笔的中心线与第一电机输出轴共线时，激光点在图像平面上的投影位置为O’；定义第二电机输出轴与X轴平行时，第二电机与X轴之间的夹角为0°；
所述步骤3具体包含：
步骤3-1：在图像平面A’中计算出直线O’Q’与X轴之间夹角θ的大小，第一电机驱动第二电机旋转至θ±90°角位置；
步骤3-2：摄像模块实时拍摄获取激光点在图像平面上的投影位置P’并与目标物体投影位置Q’进行比较，第二电机驱动激光笔的自由端以固定端为中心摆动，直至激光点在图像平面上的实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合。
在另一实施例中，所述激光指示模块包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第一电机和第二电机，所述第二电机固设在所述第一电机的输出轴上，所述第一电机与第二电机输出轴相互垂直共面设置；
所述激光笔包括固定端与自由端，固定端以第一电机与第二电机输出轴交点为固定点固设在所述第二电机输出轴上，自由端以固定端为中心转动，所述激光笔的转动平面与所述第二电机输出轴相互垂直；
设当激光笔的中心线与第一电机输出轴共线时，激光点在图像平面上的投影位置为O’；摄像模块中镜头的焦点N与图像平面A’之间的距离为d；定义第二电机输出轴与X轴平行时，第二电机与X轴之间的夹角为0°，
所述步骤3具体包含：
步骤3-1’：在图像平面A’中计算出直线O’Q’与X轴之间夹角θ的大小；根据焦点N与图像平面A’之间的距离为d，在平面O’NQ’中计算出∠O’NQ’的大小为α；
步骤3-2’：分别或同时驱动第一、第二电机，第二电机旋转至θ±90°角，激光笔摆动至α角，使激光点在图像平面上的实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合。
另外，所述激光指示模块包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第三电机和第四电机，第三电机和第四电机分别驱动激光笔沿相互垂直的X轴方向和Y轴方向摆动，摄像模块实时拍摄获取激光点在图像平面上的投影位置P’并与目标物体投影位置Q’进行比较，步骤3具体包含：
沿X轴方向摆动激光笔，直至激光点在图像平面上的投影位置P’点与目标物体投影位置Q’点的X轴坐标相同；
沿Y轴方向摆动激光笔，直至激光点在图像平面上的投影位置P’点与目标物体投影位置Q’点的Y轴坐标相同。
综上所述，本发明将目标物体三维空间的定位转化到二维空间，计算量小，指示位置快速准确。
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。
附图说明
图1为本发明实施例一中激光指示模块的结构示意图之一；
图2为本发明实施例一中激光指示模块的结构示意图之二；
图3为本发明任一激光光束在图像平面和实物平面上的投影关系示意图；
图4为本发明图像平面上激光点实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合示意图。
具体实施方式
实施例一
本发明提供一种光点指示机器人，包括机器人本体，在所述本体上设有控制模块、摄像模块和激光指示模块，所述激光指示模块发射激光光束，摄像模块拍摄待指示物体形成图像平面，所述激光光束和待指示物体分别投影在所述图像平面上，形成激光点投影位置和待指示物体投影位置，所述光点指示机器人还设有信号输入模块，根据摄像模块拍摄到的待指示物体的图像平面所显示的内容，通过所述信号输入模块输入信息确定待指示物体中的目标物体，所述控制模块控制激光指示模块移动，使所述图像平面上激光点投影位置与目标物体投影位置重合。
根据使用者的不同需求，所述信号输入模块可以采用多种结构，可以为鼠标模块或触摸屏模块，通过鼠标或触摸屏点击确定待指示物体中的目标物体；也可以为键盘模块或音频输入模块，所述图像平面划分为具有具体位置编码的单元格，通过键盘或音频输入目标物体所在单元格的编码信息，确定待指示物体中的目标物体。无论采用上述何种方式的信号输入模块，都是为了在待指示物体中确定目标物体。举例来说，当所述光点指示机器人为导购机器人时，待指示物体为货架上摆放的所有商品，而目标物体则是使用者真正需要购买的商品。需要指出的是，光点指示机器人上的信号输入模块可以直接接收本体的输入信号，也可以接收远程终端的输入信号，如通过有线或无线(宽带、蓝牙、红外、GPRS、3G、WIFI等)的输入信号。
图1和图2分别为本发明实施例一中激光指示模块的结构示意图之一和之二。如图1并结合图2所示，所述激光指示模块100包含激光笔110和驱动装置，所述驱动装置包括第一电机120和第二电机130，所述第二电机130固设在所述第一电机120的输出轴M上，所述第一电机120的输出轴M与第二电机130输出轴N相互垂直共面设置。所述激光笔110包括固定端111与自由端112，固定端111以第一电机120与第二电机130输出轴N交点为固定点固设在所述第二电机130输出轴N上，自由端112以固定端111为中心摆动，所述激光笔110的摆动平面与所述第二电机130输出轴N相互垂直。为了保证激光指示模块的正常工作，所述第一电机120输出轴M与所述图像平面垂直。
图3为本发明任一激光光束在图像平面和实物平面A上的投影关系示意图；图4为本发明图像平面上激光点实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合示意图。如图3并结合图4所示，本发明光点指示机器人的光点指示方法，包括如下步骤：步骤1：激光指示模块发射激光光束，摄像模块拍摄待指示物体形成图像平面A’，所述图像平面A’上设有相互垂直的X轴和Y轴；步骤2：根据摄像模块拍摄到的待指示物体的图像平面A’所显示的内容，通过信号输入模块输入信息确定待指示物体a’、b’、c’和d’中的目标物体a’，获取位于图像平面A’上的目标物体投影位置Q’；步骤3：移动激光指示模块，使图像平面A’上激光点实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合，如图4所示，重合后的指示位置为目标物体a’的中心。
如图1至图4所示，设当激光笔的中心线与第一电机输出轴共线时，激光点在图像平面上的投影位置为O’；定义第二电机输出轴与X轴平行时，第二电机与X轴之间的夹角为0°。
上述的步骤3具体包含：
步骤3-1：在图像平面A’中计算出直线O’Q’与X轴之间夹角θ的大小，第一电机驱动第二电机旋转至θ±90°角位置；
步骤3-2：摄像模块实时拍摄获取激光点在图像平面上的投影位置P’并与目标物体投影位置Q’进行比较，第二电机驱动激光笔的自由端以固定端为中心摆动，直至激光点在图像平面上的实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合。
也就是说，在本实施例中，使图像平面A’上激光点实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合的过程，是首先通过计算出直线O’Q’与X轴之间夹角θ的大小，再通过驱动激光笔的自由端摆动来实现的。在本实施例中，该光点指示机器人为导购机器人，具体来说，导购机器人的工作过程就是这样的：首先，设置在导购机器人中的激光指示模块发射激光光束，与此同时，设置在导购机器人中的摄像模块拍摄待指示物体，比如：超市货架上的各种商品，形成图像平面A’，并在所述图像平面A’上设置相互垂直的X轴和Y轴。使用者可以根据摄像模块拍摄到的超市货架上的各种物品，通过信号输入模块输入信息确定待指示物体a’、b’、c’和d’中的目标物体a’，也就是需要购买的那件商品，获取该商品位于图像平面A’上的投影位置Q’。根据使用者的需要或操作习惯，输入模块可以采用多种结构形式，可以通过鼠标或触摸屏点击确定需要购买的商品；也可以将图像平面划分为具有具体位置编码的单元格，通过键盘或音频输入所需要购买的商品所在单元格的编码信息。一旦通过上述的各种输入模块确定所需要购买的商品之后，使用者就可以通过移动激光指示模块，使图像平面A’上激光点实时投影位置P’和所需购买商品投影位置Q’重合，使激光指示位置指示在所需购买的商品上。通常的指示位置为商品的中心，当然，这种指示方法也有可能出现误差，但商品本身都具有一定的体积，即使存在一些指示误差，也可以保证对所需购买商品的正确指示，进一步的，如果商品本身体积较小，还可以通过信号输入模块对激光指示位置进一步微调，如通过光点指示机器人本体或远程控制终端上的键盘模块的上下左右按键移动，控制模块对应控制激光点移动，确保激光点指示在所需购买的商品上。
另外，除了本实施例中上述的导购机器人之外，所述的光点指示机器人还可以为指路机器人。
实施例二
使图像平面A’上激光点实时投影位置P’和所需购买商品投影位置Q’重合，除了上述首先通过计算出直线O’Q’与X轴之间夹角θ的大小，再通过驱动激光笔的自由端摆动来实现的一种工作方式之外，在本实施例中还提供另外一种工作方式。
结合图3和图4所示，具体来说，在本实施例中，设当激光笔的中心线与第一电机输出轴共线时，激光点在图像平面上的投影位置为O’；摄像模块中镜头的焦点N与图像平面A’之间的距离为d；定义第二电机输出轴与X轴平行时，第二电机与X轴之间的夹角为0°，
所述步骤3具体包含：
步骤3-1’：在图像平面A’中计算出直线O’Q’与X轴之间夹角θ的大小；根据焦点N与图像平面A’之间的距离为d，在平面O’NQ’中计算出∠O’NQ’的大小为α；
步骤3-2’：分别或同时驱动第一、第二电机，第二电机旋转至θ±90°角，激光笔摆动至α角，使激光点在图像平面上的实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合。
也就是说，在实施例二中，使图像平面A’上激光点实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合的过程，是首先根据焦点N与图像平面A’之间的距离为d，计算出α角的大小；然后直接摆动激光笔至α角即可。
本实施例中的其他技术特征与实施例一相同，请参照前述内容，在此不再赘述。
实施例三
另外，所述激光指示模块中驱动装置的结构设置，除了实施例一和实施例二中所述的结构之外，所述驱动装置还可以包括第三电机和第四电机，第三电机和第四电机分别驱动激光笔沿相互垂直的X轴方向和Y轴方向摆动。采用这种驱动装置的机器人的动作过程也与前述两个实施例中有所不同，指示方法的前两个步骤与实施例一、二相同，而步骤3则有一些差异，具体来说，摄像模块实时拍摄获取激光点在图像平面上的投影位置P’并与目标物体投影位置Q’进行比较，步骤3具体包含：沿X轴方向摆动激光笔，直至激光点在图像平面上的投影位置P’点与目标物体投影位置Q’点的X轴坐标相同；沿Y轴方向摆动激光笔，直至激光点在图像平面上的投影位置P’点与目标物体投影位置Q’点的Y轴坐标相同。也就是说，在本实施例中，是通过两个电动机，分别驱动激光笔沿X方向和Y方向摆动，完成使激光点在图像平面上的实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合的指示过程。
综上所述，本发明所提供的光点指示机器人及其光点指示方法，激光指示模块发射激光光束，摄像模块拍摄待指示物体形成图像平面，并在图像平面上设置相互垂直的X轴和Y轴；根据摄像模块拍摄到的待指示物体的图像平面所显示的内容，通过信号输入模块输入信息确定待指示物体中的目标物体，获取位于图像平面上的目标物体投影位置Q’；移动激光指示模块，使图像平面上激光点实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合。本发明将目标物体三维空间的定位转化到二维空间，包括目标物体与激光点二维空间坐标的获取以及将激光点移动到目标物体处所进行的计算，计算量小，指示位置快速准确。

Claims (11)

1.一种光点指示机器人，包括机器人本体，所述本体上设有控制模块、摄像模块和激光指示模块，所述激光指示模块发射激光光束，摄像模块拍摄待指示物体形成图像平面，所述激光光束和待指示物体分别投影在所述图像平面上，形成激光点投影位置和待指示物体投影位置，其特征在于，所述光点指示机器人还设有信号输入模块，根据摄像模块拍摄到的待指示物体的图像平面所显示的内容，通过所述信号输入模块输入信息确定待指示物体中的目标物体，所述控制模块控制激光指示模块移动，使所述图像平面上激光点投影位置与目标物体投影位置重合。
2.如权利要求1所述的光点指示机器人，其特征在于，所述信号输入模块为鼠标模块或触摸屏模块，通过鼠标或触摸屏点击确定待指示物体中的目标物体。
3.如权利要求1所述的光点指示机器人，其特征在于，所述信号输入模块为键盘模块或音频输入模块，所述图像平面划分为具有具体位置编码的单元格，通过键盘或音频输入目标物体所在单元格的编码信息，确定待指示物体中的目标物体。
4.如权利要求1所述的光点指示机器人，其特征在于，所述激光指示模块包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第一电机和第二电机，所述第二电机固设在所述第一电机的输出轴上，所述第一电机与第二电机输出轴相互垂直共面设置；
所述激光笔包括固定端与自由端，固定端以第一电机与第二电机输出轴交点为固定点固设在所述第二电机输出轴上，自由端以固定端为中心摆动，所述激光笔的摆动平面与所述第二电机输出轴相互垂直。
5.如权利要求4所述的光点指示机器人，其特征在于，所述第一电机输出轴与所述图像平面垂直。
6.如权利要求1所述的光点指示机器人，其特征在于，所述激光指示模块包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第三电机和第四电机，所述第三电机和第四电机分别驱动所述激光笔沿相互垂直的方向摆动。
7.如权利要求1所述的光点指示机器人，其特征在于，所述光点指示机器人为导购机器人或指路机器人。
8.一种光点指示机器人的光点指示方法，该光点指示机器人包括摄像模块、激光指示模块和信号输入模块，其特征在于，所述光点指示方法包括如下步骤：
步骤1：激光指示模块发射激光光束，摄像模块拍摄待指示物体形成图像平面A’，所述图像平面A’上设有相互垂直的X轴和Y轴；
步骤2：根据摄像模块拍摄到的待指示物体的图像平面A’所显示的内容，通过信号输入模块输入信息确定待指示物体中的目标物体，获取位于图像平面A’上的目标物体投影位置Q’；
步骤3：移动激光指示模块，使图像平面A’上激光点实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合。
9.如权利要求8所述的光点指示方法，所述激光指示模块包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第一电机和第二电机，所述第二电机固设在所述第一电机的输出轴上，所述第一电机与第二电机输出轴相互垂直共面设置；
所述激光笔包括固定端与自由端，固定端以第一电机与第二电机输出轴交点为固定点固设在所述第二电机输出轴上，自由端以固定端为中心摆动，所述激光笔的摆动平面与所述第二电机输出轴相互垂直；
设当激光笔的中心线与第一电机输出轴共线时，激光点在图像平面A’上的投影位置为O’；定义第二电机输出轴与X轴平行时，第二电机与X轴之间的夹角为0°；
其特征在于，所述步骤3具体包含：
步骤3-1：在图像平面A’中计算出直线O’Q’与X轴之间夹角θ的大小，第一电机驱动第二电机旋转至θ±90°角位置；
步骤3-2：摄像模块实时拍摄获取激光点在图像平面A’上的投影位置P’并与目标物体投影位置Q’进行比较，第二电机驱动激光笔的自由端以固定端为中心摆动，直至激光点在图像平面A’上的实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合。
10.如权利要求8所述的光点指示方法，所述激光指示模块包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第一电机和第二电机，所述第二电机固设在所述第一电机的输出轴上，所述第一电机与第二电机输出轴相互垂直共面设置；
所述激光笔包括固定端与自由端，固定端以第一电机与第二电机输出轴交点为固定点固设在所述第二电机输出轴上，自由端以固定端为中心转动，所述激光笔的转动平面与所述第二电机输出轴相互垂直；
设当激光笔的中心线与第一电机输出轴共线时，激光点在图像平面A’上的投影位置为O’；摄像模块中镜头的焦点N与图像平面A’之间的距离为d；定义第二电机输出轴与X轴平行时，第二电机与X轴之间的夹角为0°，
其特征在于，所述步骤3具体包含：
步骤3-1’：在图像平面A’中计算出直线O’Q’与X轴之间夹角θ的大小；根据焦点N与图像平面A’之间的距离为d，在平面O’NQ’中计算出∠O’NQ’的大小为α；
步骤3-2’：分别或同时驱动第一、第二电机，第二电机旋转至θ±90°角，激光笔摆动至α角，使激光点在图像平面A’上的实时投影位置P’和目标物体投影位置Q’重合。
11.如权利要求8所述的光点指示方法，所述激光指示模块包含激光笔和驱动装置，所述驱动装置包括第三电机和第四电机，第三电机和第四电机分别驱动激光笔沿相互垂直的X轴方向和Y轴方向摆动，其特征在于，摄像模块实时拍摄获取激光点在图像平面A’上的投影位置P’并与目标物体投影位置Q’进行比较，步骤3具体包含：
沿X轴方向摆动激光笔，直至激光点在图像平面A’上的投影位置P’点与目标物体投影位置Q’点的X轴坐标相同；
沿Y轴方向摆动激光笔，直至激光点在图像平面A’上的投影位置P’点与目标物体投影位置Q’点的Y轴坐标相同。
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